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* 大 学 物 理 第十章 波 动 第十一章 光 学 10-7 电磁波的辐射 L C L C 1）电场、磁场过分集中在电容、电感中： 2）频率不高，能量发射不远。 偶极子天线 - - - + + + - - - + + + ? 一、电磁波的产生 1886年，赫兹实验 感应圈 脉动高压 10?2Hz A B ?1 震荡偶极子 A、B击穿时间10?2?10?3 s f?108Hz 共振偶极子 C D ?x 二、电磁波的传播 1) 交变的电场激发交变的磁场； 2) 交变的磁场激发交变的电场。 传播机制： 波源： 交变电流 i(t) 最简模型： 振荡电偶极子 1873年，麦克斯韦《电磁学通论》 - + i ? e v +e v ?2e v P0 ~ 振幅， ? ~ 振荡圆频率 球面波 p =ql =p(t) = p0cos?t (10-27) 电场线与磁场线分布 电场线 磁场线 - ? ? ? ? ? . . . . . . ? ? ? . . . ? . . . . ? ? ? ? ? ? ? . . . . . . ? ? ? ? . . . . ? ? ? ? . . . ? ? ? ? ? . . . . . ? ? ? ? ? . . . . . . ? ? ? ? ? ? ? . . . . . . . . ? ? ? ? ? . . . . . . ? ? ? . . ? . . ? ? + 远区场任一点 (10-28) (10-29) ~ 波速 ? ~ 方位角 (纬度) 在很远的某区域 (r,? 可认为不变) 平面波的波动方程 Z Y X Z X Y 三、电磁波的性质 2．E、H同相位，任何时刻、任何地点同步变化。 (10-28) (10-29) 1．电磁波为横波，且 三者垂直。 的方向为 的方向 Z X Y 各自在固定的平面内振动---偏振性。 3．E、H数值成比例 (10-33) 4．电磁波速取决于介质的电容率? 和磁导率? 真空中 =? ? =2.9979?108m/s 真空中光速 2.9998?108 m/s 麦克斯韦推断：光也是一种电磁波。 Z X Y (10-34) 四、电磁波的能量和能流密度 1．电磁波的能量密度 = we 电磁波的能量密度 w = we+wm =? E2 =?H2 ? =?? ? EH =EH/c 2．电磁波的能流密度 S (波的强度——辐射强度) 单位时间内通过垂直波传播方向的单位面积的辐射能。 设：dA为垂直于波传播方向的面积元， dA cdt dt 内通过dA的辐射能为 w?dA?cdt =wc =EH 矢量表示 (10-35) ——坡印廷矢量 (10-36) 一个周期内的平均值 S?? 4?f 4 f? ， S?； f? ， S?。 (10-37) 五、电磁波的动量和其物质性 由 E= mc2 单位体积中的质量： 单位体积中的动量： 定义动量流密度： c 单位面积 单位时间内通过垂直于电磁波传播方向的单位面积的电磁动量。 若此动量被物质表面吸收，则单位表面受力（压强）： 质量 S = wc c 单位面积 早就被实验证实： 结论：电磁波具有能量、动量、质量 —电磁波是一种物质。 列别捷夫 若此动量被物质表面反射，则单位表面受力（压强）： 真 空 反射镜 悬丝 光压的应用： 太阳帆是将太阳压力作为其方向和轨道控制主 要动力的太空飞行器。其制作材料主要是铝材 和太空塑料，整个飞行器的重量不超过5公斤。 太阳帆将会在太空中展开四个小型帆板。帆板 完全打开后，飞行器着光面将近10平方米，可 以吸收大量的太阳能作为飞行器的动力来源。 太阳帆飞船很可能是人类未来星际旅行的唯一希望， 它无须火箭燃料，只要是在有阳光的地方，它都会 不断获得动力加速飞行。08年8月，美国宇航局尝试 发射一个代号为“NanoSail-D”的太阳帆飞行器。由于 太空中没有摩擦 ，理论上最高速度达光速的2％ 。 六、电磁波谱： 射 线 射 线 紫 外 线 可 见 光 红 外 线 X 毫 米 波 厘 米 波 分 米 波 超 短 波 短 波 长 波 中 波 无线电波 微 波 10-4 10-2 102 1 104 106 108 1010 1012 1014 3?1022 3?1020 3?1018 3?1016 3?1014 3?1012 3?1010 3?108 3?106 3?104 宇 宙 射 线 电 力 系 统 光学是既古老又年轻的一门科学，也是现代技术的基础之一。 分类： 1）几何光学——研究光的